火灾高温及荷载耦合作用下钢筋混凝土托梁转换结构的变形分析

运用大型通用有限元分析软件ABAQUS建立三维框架模型,在火灾高温及荷载耦合作用下,并考虑火灾发生的偶然性,共设计了14种受火工况,以此模拟并分析钢筋混凝土托梁转换结构的受力变形性能,得出受火梁的热膨胀变形是结构变形的主要原因的结论,同时提出托梁转换结构实用抗火设计建议。     

受火后钢筋混凝土连续T形梁承载力试验研究

为探讨受火冷却作用对混凝土连续梁承载力的影响,对3根钢筋混凝土连续T形梁的承载力进行了试验研究,并用有限元法对试验结果进行了参数分析,提出了受火冷却后钢筋混凝土连续梁极限荷载的简化计算方法.结果表明:受火冷却后,钢筋混凝土连续T形梁的跨中屈服荷载、极限荷载和刚度均下降,承载力降幅明显低于刚度降幅;在受火120 min内,配筋率对受火冷却后钢筋混凝土连续T形梁的承载力有显著影响,而受火时间和混凝土强度的影响有限;按照简化计算方法计算的钢筋混凝土连续T形梁的极限荷载与试验值吻合较好.     

火灾作用下钢筋混凝土框架结构的损伤机制

基于ABAQUS软件平台,开发了适用于钢筋混凝土框架结构火灾反应分析的梁单元用户材料模型及子程序,从而可以较为准确地模拟火灾下钢筋混凝土构件的截面温度场.基于塑性增量理论,对在恒定加载与标准升温耦合作用下的钢筋混凝土框架结构模型进行了非线性全过程分析.通过不同受火工况下的非线性全过程分析,揭示了钢筋混凝土框架结构在火灾高温和荷载共同作用下塑性铰的分布规律和结构损伤机制,分析了发生火灾的房间位置对框架结构破坏机制的影响,进而对发生火灾的最不利位置进行了探讨.分析结果表明,钢筋混凝土框架结构构件内力随受火温度升高不断重新分布,构件受热膨胀引起的约束内力与荷载内力叠加将导致其出现塑性铰;受火房间的位置对钢筋混凝土框架结构塑性铰的分布和破坏机制有明显影响,因此,结构抗火设计时应考虑受火房间的不利位置.     

环氧砂浆粘合剂加固混凝土梁试验研究

为研究环氧砂浆粘合剂加固钢筋混凝土梁的力学性能,考虑到环氧砂浆厚度的影响,设计制作了三根梁,梁底分别浇筑0mm、50mm和100mm厚的环氧砂浆,并对其进行单调荷载试验,观测记录了各个试件混凝土开裂及环氧砂浆脱离情况。研究结果表明:两根加固试验梁的极限承载力有所提高,极限承载力所对应的位移明显减小;抗弯刚度随环氧砂浆厚度的增加而增加,应变中和轴受下部环氧砂浆的影响,向上有一定量的平移。采用ABAQUS有限元软件和理论计算对试验试件进行验证,结果均与试验值吻合。     

钢管轻集料混凝土短柱偏心受压性能的试验

进行了18根钢管轻集料混凝土短柱的偏心受压试验.分析了偏心荷载作用下不同含钢率、偏心率的钢管轻集料混凝土短柱的破坏过程、破坏模式及破坏机理,并对试件的承载力影响参数及其承载力性能开展了研究.试验结果表明,钢管轻集料混凝土短柱在偏压荷载作用下,其荷载-挠度曲线主要分弹性阶段、弹塑性阶段和下降段;内填轻集料混凝土能够有效延缓外侧钢管的局部屈曲;试件的破坏模式属于弹塑性破坏或塑性破坏;在试件中截面,钢管对核心轻集料混凝土的约束作用与受力区域及加载过程有关;含钢率和偏心率对试件的极限承载力性能有一定影响,含钢率越大,试件承载力极限也越大,偏心率越大,试件极限承载力越小;钢管轻集料混凝土短柱偏压承载力与相同条件下的钢管普通混凝土短柱大致相当.     

冻融与锈蚀作用对钢筋混凝土黏结性能的影响

通过室内试验,研究了冻融循环与锈蚀作用对钢筋混凝土试件界面黏结性能的影响.结果表明:冻融作用使混凝土表面砂浆脱落、骨料露出,力学性能下降;锈蚀率较低时,钢筋混凝土的黏结性能反而增强,但锈蚀率较大时,其黏结性能较未锈蚀试件有所降低,严重的锈蚀会降低钢筋混凝土的黏结性能;锈蚀与冻融共同作用导致混凝土强度降低,塑性增强,钢筋与混凝土之间的黏结性能明显下降,随着冻融次数的增加,钢筋混凝土的极限抗拉荷载逐渐降低;在锈蚀与冻融共同作用下,钢筋混凝土试件受拉的初始阶段,拉力与位移的关系呈分段线性关系,当拉力达到极限荷载后,拉力-位移曲线出现明显塑性变形特性.     

道床板钢筋锈蚀的细观力学影响

为探究钢筋锈蚀对双块式无砟轨道道床板混凝土的影响,建立了道床板混凝土细观尺度力学模型,研究了钢筋锈蚀时不同钢筋直径、间距、保护层厚度的道床板受力性能及损伤破坏模式,分析了列车荷载和温度荷载对锈胀钢筋混凝土道床板力学性能的影响. 研究结果表明:钢筋锈蚀引起的道床板开裂模式主要与钢筋保护层厚度有关,与钢筋直径和间距关系小;道床板内部裂缝贯通时的锈胀位移随着钢筋间距的增大而增大,当保护层厚度为60 mm,钢筋间距为120 mm时,61.2 μm的钢筋锈胀位移就会引起道床板内部裂缝贯通;列车荷载对锈蚀后的道床板损伤影响小,且会使道床板受力趋于均匀;整体降温30 ℃和负温度梯度荷载均会使锈胀道床板拉伸损伤进一步明显增大,在道床板水平及垂向产生贯通裂缝;整体升温30 ℃和正温度梯度荷载作用对锈胀道床板损伤影响小.      

受火冷却后钢管混凝土叠合短柱的轴压力学性能

为掌握受火冷却后钢管混凝土叠合短柱的轴压破坏机理和力学性能,基于试验研究和有限元模拟,分析了叠合短柱的破坏模式、轴压极限承载力和轴向刚度.考虑截面形状、钢管尺寸和长细比3个参数的变化,完成了8根叠合短柱在ISO-834升温曲线作用下的受火试验和受火冷却后的轴压承载力试验,并采用ABAQUS进行了非线性有限元模拟.研究结果表明:与钢筋混凝土短柱相似,受火冷却后叠合短柱的破坏模式为受压破坏;与常温时相比,受火180 min冷却后,叠合短柱的轴压极限承载力下降27.4%~38.2%,轴向刚度下降61.4%~69.0%;当受火时间和钢管尺寸均相同时,钢管外部钢筋混凝土结构层增大1.53倍厚度,受火冷却后圆形叠合短柱的轴压承载力和轴向刚度降幅分别下降8.4%和1.3%,方形叠合短柱的轴压承载力和轴向刚度降幅分别下降5.8%和4.1%;与模拟值相比,提出的简化计算方法计算的轴压极限承载力偏差的平均值和标准差分别为4.9%和5.3,计算的轴向刚度偏差的平均值和标准差分别为13.8%和9.8.     

钢筋与粗骨料超高性能混凝土粘结性能试验研究

为了研究含粗骨料超高性能混凝土（UHPC）与带肋钢筋的粘结性能,对6组钢筋-粗骨料UHPC中心拉拔试件进行了加载测试,研究了钢筋直径、保护层厚度、粘结锚固长度对粘结应力的影响,基于厚壁圆筒理论和拉梅解答分析了保护层厚度的影响. 采用回归分析的方法得到了极限粘结应力的计算公式,并采用其他文献的试验结果验证了该公式的有效性. 研究结果表明:粗骨料UHPC与钢筋的粘结锚固破坏模式与活性粉末混凝土（RPC）相似,有“刮犁破坏”和“劈裂破坏”两种模式;粗骨料UHPC所需钢筋的最小保护层厚度略大于RPC,粘结锚固长度与RPC相近;保护层厚度、粘结锚固长度存在相互影响,粘结锚固长度足够时可适当减小保护层厚度;提出了带肋钢筋在粗骨料UHPC中保护层厚度和锚固长度的建议值.      

PP-ECC梁抗弯性能试验研究

为研究聚丙烯纤维水泥基复合材料（PP-ECC）梁与普通钢筋混凝土梁在弯曲荷载作用下力学性能的差异,通过四点弯曲加载,对PP-ECC梁的抗弯性能进行了试验探究. 对PP-ECC梁的弯曲破坏过程进行了阶段划分;基于计算假定和简化后的PP-ECC本构模型推导出PP-ECC梁各阶段的理论临界荷载;通过试验结果对计算模型进行验证,并对比相同配筋率下PP-ECC梁与普通钢筋混凝土梁在抗弯承载力、裂缝发展形态、跨中最大变形以及延性等方面的差异. 研究结果表明:受拉区PP-ECC材料开裂之后并不退出工作而是协同受拉钢筋参与全截面受力;使用简化本构模型计算的PP-ECC梁理论抗弯承载力计算模型精度达到0.83～1.17,具备较良好的精度;PP-ECC梁在达到极限状态时,受拉区呈多裂缝稳态发展,在达到80%极限承载力时,最大裂缝宽度小于0.2 mm;相同配筋率下,PP-ECC梁在每一加载级别的变形、跨中最大变形以及位移延性系数均高于普通钢筋混凝土梁（跨中最大变形和位移延性系数平均提高71.39%和42.84%）,并且随着配筋率的提高,跨中最大变形和位移延性系数下降;配筋率相同时,PP-ECC梁的极限抗弯承载力较普通钢筋混凝土梁平均提高6.09%.      

装配式空心板桥改进型铰缝结合面受力性能

为了改进装配式空心板桥横向受力性能,设计了在铰缝结合面上利用连续钢板代替间断钢筋和改进铰缝结构与填充材料的2种铰缝改进措施,采用局部模型试验计算了铰缝结合面的法向和切向强度,提出了采用间断钢筋和连续钢板的铰缝结合面抗弯、抗剪承载能力计算公式。研究结果表明:局部模型试验值与公式计算值的误差不超过10%,表明所提出的抗弯、抗剪承载能力计算公式可以准确地计算采用连续钢板的铰缝结合面承载能力;未采用结合面钢筋的深铰缝,结合面法向强度为1.29 MPa,为弱侧混凝土轴心抗拉强度的39%,结合面切向强度为0.45 MPa,为弱侧混凝土轴心抗压强度的1.5%;采用间断钢筋和连续钢板的铰缝结合面法向强度较未采用结合面钢筋的铰缝分别提高了98%和73%,结合面切向强度分别提高了71%和78%;普通混凝土浅铰缝结合面法向强度为1.30 MPa,为弱侧混凝土轴心抗拉强度的40%,结合面切向强度为0.33 MPa,为弱侧混凝土轴心抗压强度的1.1%;采用UHPC填充深、浅铰缝的结合面法向强度较普通混凝土填充深、浅铰缝分别提高了13%和21%,结合面切向强度分别提高了64%和94%。      

预制装配式地铁车站单环结构传力与变形机理

为了研究新型装配式车站结构的力学与变形性能,以长春某国内首例预制装配式地铁车站为背景,基于有限元软件ABAQUS对装配式地铁车站单环结构拼装成环后传力与变形机理进行研究. 首先,建立了不同结构形式与钢丝杠支撑组合的4种工况数值模型;其次,对结构在自重作用下的力学、变形和接头接触性能进行了对比分析;最后,揭示了该类型预制装配式地铁车站单环结构的传力与变形机理. 研究结果表明:钢丝杠的支撑作用不容忽视,在拱脚外侧增设水平钢丝杠后,结构最大Mises应力降低约40%,最大主应力降低约80%,最大水平位移降低约90%,拱顶挠度降低约80%,结构内部降剪、降弯效果明显;接头接触状态发生明显变化,除拱顶D-E接头外其余接头接触面挤压面积比例显著增大,拼装结构基本达到了传力稳定可靠、变形安全可控的设计要求,整体自稳能力显著提升. 钢丝杠与拼装结构协同工作优化了单环结构的传力路径,有效限制了结构的水平与竖直变形,该类型装配式结构的力学与变形性能优于未设置钢丝杠的现浇结构的对应指标.      

轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱耐火性能

为探讨轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱的耐火性能,对4根轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱进行了试验研究,并对火灾荷载比、截面含管率和截面边长等对耐火性能的影响进行了有限元分析.研究结果表明:当火灾荷载比减小、截面含管率和截面边长增大时,火灾作用下试件的轴向膨胀变形增大,轴向压缩变形减小;在相同的升温曲线和火灾时间作用下,截面边长增大时,柱内温度降低;含管率变化对柱内温度场影响较小.火灾荷载比、截面边长和长细比是影响轴心受压方形截面叠合柱耐火性能的主要因素;含管率、纵筋配筋率和材料强度变化对轴心受压方形截面叠合柱耐火性能的影响较小.      

锈蚀RC梁抗弯承载力计算方法研究

工程中钢筋混凝土梁纵向受力钢筋锈蚀情况复杂,梁上作用荷载形式多变. 为获取锈蚀RC （reinforced concrete）梁的抗弯承载能力,以锈蚀钢筋混凝土简支梁为研究对象,将锈蚀RC梁视为由混凝土和锈蚀底部纵筋组成的存在粘结-滑移的组合梁,依据混凝土与锈蚀钢筋之间的变形协调条件,给出了以挠度表达的锈蚀RC简支梁平衡微分方程;将平衡微分方程的齐次解作为单元形函数,推导出了锈蚀钢筋混凝土梁的单元刚度矩阵、等效节点荷载列阵以及每一荷载步锈蚀梁的内力计算公式;建立了能准确反应简支梁上荷载作用形式以及钢筋锈蚀状况的锈蚀RC梁抗弯承载力计算模型;最后通过17根锈蚀RC简支梁的试验数据对建议计算方法进行验证. 验证结果表明,抗弯承载力试验值与计算值之比的平均值为1.06,方差为0.012,二者吻合良好,该计算方法准确.      

海港高桩码头混凝土耐久性的分析

根据海港高桩码头结构检测结果,认为氯离子、混凝土质量均匀性和保护层厚度、构件受力产生的裂缝是影响混凝土耐久性的因素.提出提高混凝土的质量、优先采用预制构件、从设计上控制裂缝开展宽度和推行纤维混凝土等有效措施.     

预制装配式部分钢骨混凝土框架梁柱节点承载能力的试验研究

为了更好的实现建筑结构工厂化生产,找到可靠、实用、经济的预制装配式结构连接方式,提出了预制装配式部分钢骨混凝土框架结构的概念,进行了六个预制装配式部分钢骨混凝土节点试件的低周往复试验,并与四个相同工况的钢筋混凝土试件的承载力、裂缝和破坏情况进行了对比分析,结果表明：预制装配式部分钢骨混凝土试件的承载力约为普通钢筋混凝土试件的3倍,符合“强节点弱构件、强柱弱梁”的抗震设计理念,说明预制装配式部分钢骨混凝土框架结构的承载能力优于普通钢筋混凝土结构,连接可靠,是实现工厂化生产、现场装配施工的可行结构形式.     

高恢复性钢筋混凝土圆柱的抗震试验研究

为了使钢筋混凝土圆柱在遭遇超过现行规范设定水准的巨大地震时仍能保持正刚性且残余变形足够小,提出了采用高强低粘结的无预应力钢绞线作为柱纵筋的办法. 为了验证这种方法的有效性,进行了4根钢筋混凝土圆柱的常轴压低周水平往复试验,其中3根采用钢绞线纵筋,1根采用普通钢筋作纵筋,研究了剪跨比和塑性铰区横向约束方式对钢绞线混凝土柱抗震性能的影响. 试验结果表明:剪跨比为3和4的配置钢绞线为纵筋的钢筋混凝土圆柱位移角达6%时,仍保持正刚性,且残余位移角在2%以内;和普通钢筋混凝土圆柱相比,当位移角为6%时,钢绞线混凝土圆柱的侧向承载力提高了90%,残余变形降低了73%;在柱的塑性铰区（1.5D,D为截面直径）采用螺栓连接的钢板进行横向约束可将柱的侧向承载力进一步提高15%,残余变形进一步降低21%;由于钢绞线存在明显的粘结-滑移效应,基于平截面假定的分析方法不适用于采用钢绞线的钢筋混凝土柱侧向承载力的评估.      

装配式板梁铰缝加固效果的数值分析

根据装配式空心板铰缝的受力特点,对各种板梁铰缝加固方案的加固效果进行数值分析。采用有限元软件ANSYS建立空心板梁桥实体模型,模拟板梁桥在车道荷载作用下的受力状态,研究板梁加固前后空心板桥主要力学性能的变化规律,比较各种铰缝加固方式的力学效果。由分析结果可知,各种加固方案均能在不同程度上恢复和提高板梁的横向刚度,在板梁底缘粘贴钢板最能改善铰缝的受力性能,但施工方便性不够;在板梁上缘粘贴钢板的方案加固效果最不理想;而在顶板粘贴槽钢及顶板混凝土与部分桥面铺装混凝土联合受力效果较好。     

单板受力的成因分析及预防措施

分析了预制板梁桥形成单板受力的原因,提出了增强桥面铺装混凝土厚度、加强铺装层内横向钢筋、加强梁板铰缝处凿毛、提高铰缝混凝土施工质量、增加铰缝钢筋等预防单板受力的措施。     

T型刚构桥桥面病害成因及防治措施

带挂梁的T型刚构桥在运营过程中,水泥混凝土桥面普遍出现病害,集中表现在桥面开裂、露骨和桥面连续失效等病害。从病害原因分析出发,采取局部设置FYT防水层、植筋、钢纤维混凝土桥面铺装、更换毛勒伸缩缝等综合整治措施,取得良好效果。